Распределительные системы обработчиков данных

Эффективно передаваемая полоса частот — полоса частот, остаточное затухание на крайних частотах которой отличается от остаточного затухания на частоте 800 Гц не более чем на 1 Нп при максимальной дальности связи, свойственной данной системе.

Ширина ЭППЧ определяет качество телефонной передачи, и возможности  использования телефонного канала для передачи других видов связи. В соответствии с международным  стандартом для телефонных каналов  многоканальной аппаратуры установлена ЭППЧ от 300 до 3400 Гц. При такой полосе обеспечивается высокая степень разборчивости речи, хорошая естественность её звучания и создаются большие возможности для вторичного уплотнения телефонных каналов.

Модуляция – это процесс  изменения высокочастотного несущего сигнала с целью передачи информации. Амплитудная модуляция является одной из форм аналоговой модуляции.

Несущий сигнал – это, как правило, высокочастотная синусоидальная волна. Имеется три параметра синусоидальной волны, которые могут изменяться – это амплитуда, частота и фаза. Любой из этих параметров может быть модулирован или изменён для передачи информации. Синусоидальная волна может быть математически описана синусной или косинусной функцией с амплитудой Ac, частотой fc  и фазой φ.

 

Несущий сигнал модулируется путём изменения амплитуды по отношению к исходному сигналу  с ограниченной полосой. Исходный сигнал может быть представлен следующей  формулой:

m(t) = Mb cos(2πfb+ φ)

а несущий сигнал может  быть представлен так:

c(t) = Ac cos(2πfc)

Для упрощения уравнения  будем считать, что между несущим  и исходным сигналом нет фазовых  различий и поэтому φ = 0.

Модулированный сигнал можно  представить как добавление амплитуды  исходного сигнала к амплитуде  несущего сигнала.

(Ac + m(t)) cos(2πfc)

путём фильтрования одной  из боковых полос мы теряем часть  исходной мощности модулированного  сигнала. Для увеличения передаваемой мощности, мы можем транслировать вместе и нижнюю и верхнюю полосу. Это – двуполосная модуляция (Double Sideband modulation (DSB)).

Одним из компонентов модулированного  сигнала является чистое несущее  колебание. Так как оно не содержит какой-либо информации, необходимости  передавать его нет. Таким образом, перед передачей сигнала такое колебание можно удалить. Такая модуляция называется одно/двуполосной модуляцией с подавлением несущей (Single Sideband/Double Sideband – Suppressed Carrier Modulation. (SSB-SC, DSB-SC)).

Углова́я модуля́ция — вид модуляции, при которой передаваемый сигнал изменяет либо частоту ω, либо начальную фазу φ, амплитуда не изменяется. Подразделяется соответственно на частотную и фазовую модуляцию. Названа так потому что полная фаза гармонического колебания Ψ(t) = ωt + φ определяет текущее значение фазового угла.

 

13.

Каналы связи  характеризуются:

1. Емкость канала определяется как произведение времени использования канала Tк, ширины спектра частот, пропускаемых каналом Fк и динамического диапазона Dк., который характеризует способность канала передавать различные уровни сигналов

Vк = Tк Fк Dк. (1)

Условие согласования сигнала  с каналом:

Vc <= Vk; Tc <= Tk; Fc <= Fk; Vc <= Vk; Dc <= Dk.

+tetadka

14.Код NRZ (Non Return to Zero) - без возврата к нулю - это простейший двухуровневый код. Результирующий сигнал имеет два уровня потенциала:

Нулю соответствует  нижний уровень, единице - верхний.

 Информационные переходы  происходят на границе битов. 

Рассмотрим три частных  случая передачи данных кодом NRZ: чередующаяся последовательность нулей и единиц, последовательность нулей и последовательность единиц (см. рис. 5.5,а).

  

                                                    а                                                                             б

Рис. 5.5 Код NRZ

Первый случай - передается информация, состоящая из бесконечной  последовательности чередующихся единиц и нулей (см. рис. 5.5,б). Этот рисунок показывает, что при чередовании единиц и нулей за один такт будет передаваться два бита 0 и 1. При N - битовой скорости передачи период этой синусоиды равен T = 2N. Частота основная гармоника в этом случае равна f0 = N/2. Как видно, при такой последовательности этого кода скорость передачи данных вдвое превышает частоту сигнала.

При передаче последовательностей  нулей и единиц результирующий сигнал - постоянный ток частота изменения  сигнала равна нулю f0 = 0. .

В результате всего показанного  выше сделаем несколько выводов, которые помогут нам и при  рассмотрении других методов цифрового  кодирования:

• NRZ очень прост в реализации, обладает хорошей распознаваемостью ошибок (из-за двух резко отличающихся потенциалов).
• NRZ имеет постоянную составляющую при передаче нулей и единиц, что делает его невозможным для передачи в линиях с трансформаторными развязками.
• NRZ - не самосинхронизирующийся код и это усложняет его передачу в любой линии.

Привлекательность кода NRZ, из-за которой имеет смысл заняться его улучшением, состоит в достаточно низкой частоте основной гармоники fо, которая равна N/2 Гц, как это было показано выше. Таким образом, код NRZ работает на низких частотах от 0 до N/2 Гц.

В результате в чистом виде код NRZ в сетях не используется. Тем не менее, используются его различные модификации, в которых с успехом устраняют как плохую самосинхронизацию кода NRZ, так и наличие постоянной составляющей.

Другим видом цифрового  кода является код RZ (Return to Zero — с возвратом к нулю). Здесь при кодировании используется три уровня потенциала в кабеле. Так же, как и в коде NRZ, нулю кодируемых данных соответствует положительный импульс, единице — отрицательный (или наоборот). Третий уровень потенциала (например, нулевой) используется для самосинхронизации кода.

В середине каждого битового интервала всегда осуществляется переход  сигнала с положительного или  отрицательного уровня на этот «нулевой»  уровень. Поэтому приемник всегда может  выделить каждый отдельный бит кода, следовательно, синхронизация не нарушится  при любой длине пакета. Соответственно, также легко осуществляется и  определение начала и окончания  передачи пакета — первый битовый  интервал без изменения уровня сигнала  означает конец передаваемой последовательности битов пакета.

К недостаткам кода RZ относятся:

• большая (по сравнению  с NRZ) полоса пропускания;

• необходимость в усложнении передающей и принимающей аппаратуры из-за использования трехуровневого кодирования.

Применение кода RZ возможно также в сетях, использующих в качестве среды передачи данных не только электрические кабели, но и оптоволоконные.

Примером потенциального кода является Манчестерский код, получивший очень большое распространение  в локальных сетях.

Кодирование с использованием Манчестерского кода осуществляется за счет положительных и отрицательных  переходов уровня потенциала, осуществляемых посередине битового интервала. Нулю исходных данных соответствует положительный  переход, а единице — отрицательный.За счет наличия переходов потенциала Манчестерский код тоже обладает самосинхронизацией, и хотя он использует всего два уровня потенциала, для его применения необходима полоса пропускания, в 2 раза превышающая полосу пропускания для кода NRZ.

15.

Основными задачами кодирования  являются:

1. Обеспечение  экономичности передачи информации  посредством устранения избыточности.

2. Обеспечение  надежности (помехоустойчивости) передачи  информации

3. Согласование  скорости передачи информации  с пропускной способностью канала

Соответствие между элементами дискретных сообщений и видом  кодирования обеспечивается выбором:

1. длительности сигналов 

2. Длины кодового слова 

3. Алфавита знаков и  способа кодирования (побуквенного, блочного)

Код трехуровневой передачи MLT-3 (Multi Level Transmission) имеет много общего с кодом NRZ. Единице соответствует переход с одного уровня сигнала на другой. При передаче нулей сигнал не меняется. Информационные переходы совпадают с границей битов. Максимальной частоте сигнала соответствует передача последовательности единиц. Важнейшая характеристика кода MLT-3 — наличие трех уровней сигнала. Изменение уровня сигнала происходит последовательно, с учетом предыдущего перехода. При такой схеме один цикл сигнала вмещает в себя четыре бита. Недостатком кода MLT-3, как и кода NRZ, является отсутствие синхронизации. Эта проблема решается с помощью преобразования данных, которое исключает длинные последовательности нулей и, следовательно, возможность рассинхронизации.

Логический код 4В/5В заменяет исходные группы (слова) длиной 4 бита словами длиной 5 бит. В результате, общее количество возможных битовых комбинаций 25=32 больше, чем для исходных групп 24=16. В кодовую таблицу включают 16 кодовых слов, которые не содержат более двух нулей подряд, и используют их для передачи данных. Код гарантирует, что при любом сочетании кодовых слов на линии не могут встретиться более трех нулей подряд.

Остальные комбинации кода используются для передачи служебных  сигналов (синхронизация передачи, начало блока данных, конец блока  данных, управление передачей). Неиспользуемые кодовые слова могут быть задействованы приемником для обнаружения ошибок в потоке данных. Цена за полученные достоинства при таком способе кодирования данных - снижение скорости передачи полезной информации на 25%.

Код 4B/5B используется в стандартах 100Base-TX/FX.

     В коде 8B/10В каждые 8 бит исходной последовательности заменяются десятью битами кодового слова. При этом на 256 исходных комбинаций приходится 1024 результирующих комбинаций. При замене в соответствии с кодовой таблицей соблюдаются следующие правила:

• ни одна результирующая комбинация не должна иметь более 4-х одинаковых бит подряд;
• ни одна результирующая комбинация не должна содержать более 6 нулей или 6 единиц;

Код 8B/10В используется в стандарте 1000Base-Х.

    Скремблирование представляет собой "перемешивание" исходной последовательности данных таким образом, чтобы вероятность появления единиц и нулей на линии становилась близкой 0,5. Устройства (или программные модули), выполняющие такую операцию, называются скремблерами (scramble - свалка, беспорядочная сборка).

     Скремблер  в передатчике выполняет преобразование  структуры исходного цифрового  потока. Дескремблер в приемнике восстанавливает исходную последовательность бит. Практически единственной операцией, используемой в скремблерах и дескремблерах, является XOR - "побитное исключающее ИЛИ" (сложение по модулю 2).

      где Bi - двоичная цифра результирующего кода, полученная на i-м такте работы скрэмблера, Ai - двоичная цифра исходного кода, поступающая на i-м такте на вход скрэмблера, Bi-з и Bi-5 - двоичные цифры результирующего кода, полученные на предыдущих тактах работы скрэмблера, соответственно на 3 и на 5 тактов ранее текущего такта,  - операция исключающего ИЛИ (сложение по модулю 2).

 

17.

Протокол IP находится на межсетевом уровне стека протоколов TCP/IP. Функции протокола IP определены следующим образом: “Протокол IP обеспечивает передачу блоков данных, называемых дейтаграммами, от отправителя к получателям, где отправители и получатели являются компьютерами, идентифицируемыми адресами фиксированной длины (IP-адресами). Протокол IP обеспечивает при необходимости также фрагментацию и сборку дейтаграмм для передачи данных через сети с малым размером пакетов”.

Протокол IP является ненадежным протоколом без установления соединения. Это означает, что протокол IP не подтверждает доставку данных, не контролирует целостность полученных данных.

Гарантию правильной передачи данных предоставляют протоколы  вышестоящего уровня (например, протокол TCP), которые имеют для этого необходимые механизмы.

Одна из основных задач, решаемых протоколом IP, - маршрутизация дейтаграмм, т.е. определение пути следования дейтаграммы от одного узла сети к другому на основании адреса получателя.

IP-адрес имеет  длину 4 байта и обычно записывается  в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме и разделенных точками, например, 128.10.2.30 — традиционная десятичная форма представления адреса, а 10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.

Адрес состоит  из двух логических частей — номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая — к номеру узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются также признаками того, к какому классу относится тот или иной IP-адрес.

Если адрес  начинается с 0, то сеть относят к  классу А и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. Сетей класса А немного, зато количество узлов в них может достигать 2**24 (т.е.16 777 216) узлов.

Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В. Сети класса B имеют номера в диапазоне от 128 до 191.В сетях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 16 бит, то есть по 2 байта. Таким образом, сеть класса В является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 2**16 (т.е.65 536).

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. В этом случае под номер  сети отводится 24 бита, а под номер  узла - 8 бит. Сети этого класса наиболее распространены, число узлов в  них ограничено 2**8 (т.е.256) узлами.

Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

Если адрес начинается с последовательности 11110, то это  значит, что данный адрес относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.

 

 

Формат пакета

IP - пакет состоит из заголовка и поля данных. Ниже перечислены поля заголовка

Поле номера версии занимает 4 бита и идентифицирует версию протокола IP. Сейчас повсеместно используется версия 4 (IPv4), хотя все чаще встречается и новая версия (IPv6).